Prof. Jens Schwamborn ist Mitbegründer von OrganoTherapeutics, einem Ableger der University of Luxembourg / Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB). Gemeinsam mit seinem Partner Javier Jarazo entwickelt er 3D-Mini-Gehirne aus Stammzellen von Parkinson erkrankten Menschen. Diese Mini-Hirne sollen bei der Entwicklung und Erforschung neuer Medikamente gegen Parkinson helfen. Die luxemburgische Regierung unterstützt das Unternehmen jetzt, um die Technologie auch im Kampf gegen SARS-CoV2 einzusetzen und die Forschung nach einem Wirkstoff gegen das Virus voranzutreiben. Im Folgenden erklärt Jens Schwamborn

was man unter 3D-Mini-Gehirnen verstehen kann
wo SARS-CoV2im Körper angreift
warum die Minihirne die Corona-Forschung weiterbringen können
wie die Minibrains im Kampf gegen SARS-CoV2 eingesetzt werden
was Drug Repurposing bedeutet

WAS MAN UNTER 3D-MINI-GEHIRNEN VERSTEHEN KANN

Jens Schwamborn hat mit OrganoTherapeutics das Ziel, neue Therapien zu entwickeln, die das Absterben von Nervenzellen und Nervenfasern bei bestimmten Krankheiten verhindern. So soll der Verlauf einer Krankheit verlangsamt werden, damit die Lebensqualität der Betroffenen immens erhöht werden kann. Dabei setzt die neuentwickelte Forschung direkt an den Nervenzellen an.
Jens Schwamborn beschreibt das Verfahren so: zunächst werden von Patienten lebende Hautzellen entnommen. Die Forschung von OrganoTherapeutics konzentriert sich dabei eigentlich auf Parkinson-Patienten. Die entnommenen Hautzellen werden mit verschiedenen Substanzen behandelt und auf diese Weise in Stammzellen umgewandelt. Aus diesen lassen sich dann weitere Zelltypen bilden, zum Beispiel Neuronen. Da die Parkinson-Krankheit hier ansetzt, ist die Gewinnung von Neuronen zur Erforschung der Erkrankung essenziell. Diese Nervenzellen können zu 3D-Organoid-Strukturen, Mini-Gehirne genannt, weiterentwickelt werden. Jens Schwamborn fügt hinzu, dass sich auf diese Weise zwar kein echtes menschliches Gehirn nachbauen lässt, aber die so gewonnenen Nervenzellen weisen im Vergleich zu einem vollständigen Gehirn viele strukturelle Ähnlichkeiten auf. Deswegen lässt sich an diesen Mini-Gehirnen testen, ob und wie Wirkstoffe helfen können, die Ausbreitung von Parkinson im Körper zu verhindern.

WO SARS-COV2 IM KÖRPER ANGREIFT

Um wirksame Medikamente gegen das Virus zu entwickeln zu können, muss man zunächst herausfinden, wo im Körper SARS-CoV2 überhaupt angreift, erläutert Jens Schwamborn. Untersuchungen von am Corona-Virus Erkrankten und Autopsien von an Corona Verstorbenen ergaben, dass SARS-CoV2 nachweislich in einigen Faellen auch das zentrale Nervensystem und das Gehirn angreift. Der Darm wird ebenfalls befallen, was darauf hindeutet, dass das Virus fähig ist, bestimmte Sorten von Zellen und Gewebe zu infizieren und sich dort zu vermehren. Außerdem infiziert SARS-CoV-2 die Niere oder Leber und kann sich dort vermehren. Vor allem Patienten mit Bluthochdruck, Herzerkrankungen und Diabetes sind davon betroffen.

WARUM DIE MINIHIRNE DIE CORONA-FORSCHUNG WEITERBRINGEN KÖNNEN

Da man es mittlerweise als erwiesen ansehen kann, dass SARS-CoV2 sich nicht ausschließlich auf das Atmungssystem beschränkt, sondern den Körper auch neurologisch angreift, wurden Jens Schwamborn und sein Team von OrganoTherapeutics hellhörig. Die von ihnen entwickelten Hirnorganoid-Modelle können hier ansetzen und genauso gut zur Forschung gegen SARS-CoV2 eingesetzt werden, wie sie bereits bei der Suche nach Wirkstoffen gegen Parkinson verwendet werden. Dafuer werden im beschriebenen Verfahren Hautzellen in Stammzellen umgewandet und dann in Minihirne differenziert, diese werden dann mit SARS-CoV2 infiziert. An disesen werden denen Wirkstoffe getestet, die speziell auf die neurologischen Aspekte einer SARS-CoV 2-Infektion abzielen. Für dieses wichtige und dringende Projekt, welches von der luxemburgischen Regierung unterstützt wird, arbeiten OrganoTherapeutics, das Luxembourg Institute of Health (LIH) und DeepBioInsights in enger Kooperation zusammen, erklärt Jens Schwamborn.

WIE DIE MINIBRAINS IM KAMPF GEGEN SARS-COV2 EINGESETZT WERDEN

Die 3D-Mini-Gehirne von OrganoTherapeutics eigenen sich besonders gut zur Untersuchung der SARS-CoV2-Infektion und dazu, bestimmte Substanzen zu testen, erläutert Jens Schwamborn. Außerdem könnten sie sich hilfreich erweisen, wenn es darum geht, neue Wirkstoffe gegen das Virus zu finden.
Im ersten Schritt werden Minigehirne von OrganoTherapeutics generiert und dann amem Luxembourg Institute of Health mit SARS-CoV2 infiziert. Jens Schwamborn merkt an, dass das LIH diesen Schritt deswegen übernimmt, weil hierfür ein Labor mit einer besonders hohen biologischen Schutzstufe vonnöten ist, da man das Virus nicht weiter in Umlauf und an ihm arbeitende Menschen in Gefahr bringen möchte. Aus diesem Grund werden die Hirnorganoide nach der Infektion einer Behandlung zur Inaktivierung des Virus unterzogen, damit ein gefahrenfreier Rücktransport zu OrganoTherapeutics gewährleistet werden kann.
Im nächsten Schritt werden das von SARS-CoV2 verursachte Absterben der Zellen und die Reduzierung der neuronalen Funktionen erforscht. Hier kommen Hochdurchsatz-Mikroskope und leistungsstarke Computer-Cluster zum Einsatz, verrät Jens Schwamborn. Die so erhaltenen Daten helfen dabei, zu bestimmen, welche genetischen Veränderungen die Virusinfektion ausgelöst hat.

WAS DRUG REPURPOSING BEDEUTET

Für die SARS-CoV2-Forschung hat Jens Schwamborn mit OrganoTherapeutics das ursprüngliche Modell zur Forschung mit Minibrains erweitert. Hier geht es im Wesentlichen darum, nun in einem weiteren Schritt eine Möglichkeit zu entwickeln, bereits bekannte Medikamente mit Wirkstoffen gegen andere Krankheiten umzunutzen und umzuwandeln, so dass sie gegen das SARS-CoV2- Virus erfolgreiche eingesetzt werden können, das sogenannte Drug Repurposing. Hier kommt ein Ansatz der künstlichen Intelligenz zum Einsatz, der von DeepBioInsights entwickelt wurde – für Jens Schwamborn eine wichtige und vielversprechende Kooperation. Deswegen ist er sehr zuversichtlich, dass auch am Hirnorganoid-Modell einige Moleküle benannt werden können, die dann experimentell als Wirkstoff gegen das Corona-Virus getestet werden können. Dazu erhält OrganoTherapeutics von DeepBioInsights eine Liste mit möglichen Wirkstoffen, die nach dem Einsatz ihres künstlichen Intelligenz-Modells als mögliche Kandidaten erachtet werden, SARS-CoV2 zu bekämpfen. Jens Schwamborn und sein Team von OrganoTherapeutics testen diese Wirkstoffe wieder in Kooperation mit dem Luxembourg Institute of Health sodann an ihren mit SARS-CoV2 infizierten Hirnorganoidmodellen. In der Folge beginnt dann eine Analyse der Wirksamkeit der eingesetzten Stoffe. Wenn hier Verbindungen identifiziert werden, welche als geeignet betrachtet werden können, so kann man nicht nur gegen andere Krankheiten bereits vorhandene Medikamente einsetzen, es lassen sich aus diesen Wirkstoffen auch ganz neue Medikamente entwickeln, die letztlich den Menschen helfen können, den Kampf gegen SARS-CoV2 zu gewinnen, so Jens Schwamborn abschließend.

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Prof. Jens Schwamborn hat sich als Neurowissenschaftler dem Bereich der Stammzellenforschung gewidmet und entwickelt mit OrganoTherapeutics Mini-Gehirne, die dabei helfen sollen, Wirkstoffe und Medikamente gegen Parkinson zu finden. OrganoTherapeutics ist ein in Luxemburg ansässiges Unternehmen, das Jens Schwamborn im Jahr 2019 gemeinsam mit seinem Partner Javier Jarazo als Ableger der University of Luxembourg / Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) gründete. Hier werden 3D-Mini-Gehirne aus Stammzellen von an Parkinson erkrankten Menschen entwickelt. Diese Minibrains sollen der Forschung und Entwicklung neuer, wirksamer Medikamente gegen Parkinson helfen. Wie die kleinen Gehirne arbeiten und wie genau sie eingesetzt werden können, beantwortet Jens Schwamborn im Folgenden:

Was ist Parkinson und wie äußert sich die Krankheit?
Wie wird Parkinson derzeit behandelt?
Worin liegt der Ansatz von OrganoTherapeutics?
Wie gestaltet sich die Forschung mit Mini-Gehirnen?
Was kann dieses Modell für die Forschung leisten?

WAS IST PARKINSON UND WIE ÄUSSERT SICH DIE KRANKHEIT?

Bei Morbus Parkinson handelt es sich um eine Erkrankung des Gehirns. Eine kleine Gruppe von Zellen im Gehirn, genauer gesagt im Bereich der Substantia nigra, wird durch die Krankheit geschädigt und stirbt ab, beschreibt Jens Schwamborn die Vorgänge im Körper. Diese Zellen sind aber für die Produktion des chemischen Stoffes Dopamin zuständig, was zur Folge hat, dass der Körper nur noch wenig oder gar kein Dopamin mehr produzieren kann. Dopamin wiederum ist ein sogenannter Botenstoff. Er wird zur Steuerung von Körperbewegungen benötigt. Daher hat ein Mangel oder das Nichtvorhandensein von Dopamin im Körper sehr schwere Folgen: das typische Parkinson-Zittern gehört genauso dazu wie Sprachstörungen und eine Steifheit der Muskeln in Armen und Beinen. Die Bewegungen werden allgemein langsamer, die Körperhaltung wird zunehmend unsicher. Bis die Symptome jedoch tatsächlich sichtbar werden, kann es Jahre dauern. Das macht eine Diagnostik schwierig.
Die Ursache, weshalb bei Morbus Parkinson Zellen absterben, ist bisher nicht bekannt, erläutert Jens Schwamborn, weswegen eine Heilung der Krankheit derzeit noch nicht möglich ist. Es gibt auch keine Immunität gegen Parkinson, jeder kann eines Tages daran erkranken. Überwiegend sind es Männer und Frauen, die älter als 50 Jahre sind, aber auch jüngere Menschen können durchaus an Parkinson erkranken.

WIE WIRD PARKINSON DERZEIT BEHANDELT?

Da Parkinson derzeit noch als eine degenerative, unheilbare Krankheit gilt, kann dem betroffenen Patienten lediglich eine Kombination von Medikamenten verabreicht werden, welche die Symptome zumindest zeitweise lindern können. Jens Schwamborn weist darauf hin, dass diese allerdings das Fortschreiten der Krankheit nicht dauerhaft aufhalten können. Im Frühstadium der Krankheit kommen einige Patienten, die nur leichte Symptome aufweisen, noch ohne Medikamente aus, später werden vor allem Levodopa oder Dopaminagonisten verabreicht. Ersteres wird im Gehirn zu Dopamin umgewandelt, während Dopaminagonisten Rezeptoren in den Nervenzellen anregen, die für die Aufnahme von Dopamin zuständig sind. Viele Menschen sind so wenigstens für einige Jahre weitgehend beschwerdefrei. Jedoch müssen vor allem bei fortgeschrittener Erkrankung immer mehr Medikamente in immer kürzeren Abständen eingenommen werden, was letztlich auch zu massiven Nebenwirkungen führen kann, fügt Jens Schwamborn hinzu. Auch ein operativer Eingriff kann nur die Symptome zeitweise verringen, damit aufhalten lässt sich Parkinson nicht.

WORIN LIEGT DER ANSATZ VON ORGANOTHERAPEUTICS?

Jens Schwamborn und OrganoTherapeutics haben ein klares Ziel vor Augen: neue Wirkstoffe müssen gefunden werden, die das von Parkinson verursachte Absterben von Nervenzellen und Nervenfasern verhindern können. Diese Wirkstoffe müssen direkt an den Nervenzellen ansetzen. Zur Erforschung und Testung dieser Wirkstoffe bedarf es daher eines modernen Modells, das in der Lage ist, das menschliche Gehirn und das zentrale Nervensystem quasi zu simulieren, so dass die Forschung einen Ansatz finden kann, wie Medikamente Symptome dauerhaft lindern oder Parkinson sogar ganz aufhalten können. Bis dahin ist es ein weiter Weg, sagt Jens Schwamborn, aber das Modell der Mini-Gehirne bietet eine Grundlage, welche die Arbeit in der Forschung enorm weiterbringen kann, so dass neue Wirkweisen von Stoffen gefunden werden können.

WIE GESTALTET SICH DIE FORSCHUNG MIT MINI-GEHIRNEN?

Direkt von Patienten, die an Parkinson bereits erkrankt sind, werden lebende Hautzellen entnommen. Durch Behandlung mit verschiedenen Substanzen kann man diese in Stammzellen umwandeln, welche die Ausgangsbasis für das von Jens Schwamborn und OrganoTherapeutics entwickelte Forschungsmodell bilden. Aus diesen Stammzellen können weiter verschiedene Zelltypen gebildet werden, beispielsweise Neuronen. Das sind Zellen, die auf Erregungsleitung und Erregungsübertragung spezialisiert sind und die Aufgabe haben, Reize der Umwelt oder aus dem Inneren des Körpers an das Gehirn zu melden und von diesem Signale entgegenzunehmen. Genau dieser Zelltyp ist zur Erforschung von Parkinson von immenser Wichtigkeit. Deswegen werden Neuronen in Petrischalen gezüchtet, so dass aus ihnen jene 3D-Organoid-Strukturen entwickelt werden können, die schließlich die Mini-Gehirne darstellen. Nicht alle Funktionen eines echten menschlichen Gehirns lassen sich mit diesen Hirnorganoiden darstellen, erläutert Jens Schwamborn, doch ist dies auch nicht erforderlich. Die Minibrains weisen im Vergleich mit einem vollständigen Gehirn genügend Ähnlichkeiten in der Struktur auf, dass sie als Basis für Versuche zur Wirkstoffforschung genauso dienen können wie ein echtes, lebendes menschliches Gehirn.

WAS KANN DIESES MODELL FÜR DIE FORSCHUNG LEISTEN?

Das Modell der Forschung mit Mini-Gehirnen hat den großen Vorteil, dass direkt an Zellen erkrankter Personen geforscht werden kann. Es muss also keine Umgebung simuliert werden, in denen ein Wirkstoff getestet werden kann – es handelt sich quasi um Forschung an Erkrankten, ohne dass diese irgendwelchen Risiken oder Gefahren ausgesetzt werden müssen, indem man ihnen versuchsweise Wirkstoffe verabreicht. Eine exakte Erforschung der Krankheit Morbus Parkinson ist auf diese Weise möglich – und beginnt auch bereits Erfolge zu zeigen: es konnten deutliche phänotypische Unterschiede zwischen den Zellproben eines an Parkinson erkrankten Patienten und denen einer gesunden Person festgestellt werden. Des Weiteren kann durch das 3D-Mini-Gehirn-Modell nicht nur das menschliche Gehirn nach Belieben in teilen seiner komplexen Struktur betrachtet werden, zum Beispiel durch die Konzentration auf die Signalübertragung von Neuronen. Auch weitere Zelltypen, die mit den Neuronen interagieren, können in der Forschung berücksichtigt werden, indem sie mit in die Mini-Gehirne eingebunden werden. Auf diese Weise wird es möglich, weitere Erkenntnisse über die neuronalen Abläufe im menschlichen Gehirn zu gewinnen, so dass möglicherweise langfristig eine wirksame Therapie gegen Parkinson gefunden werden kann, so Jens Schwamborn.

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OrganoTherapeutics (OT) was founded by Jens Schwamborn and Javier Jarazo in Luxembourg and focuses on the development of drugs for the treatment of Parkinson’s disease. For this purpose, OrganoTherapeutics models brain organoids in vitro, so-called „mini-brains“. With mounting evidence that SARS-CoV2 is not limited to the respiratory system but also has a negative neurological impact, OrganoTherpeutics concluded that brain organoid models may be a suitable tool for the development of new small molecule drugs. These agents should specifically target the neurological aspects of SARS-CoV 2 infection. OrganoTherapeutics, the Luxembourg Institute of Health (LIH) and DeepBioInsights are collaborating on the project, which is supported by the Luxembourg government.

VIRUS ATTACKS THE BRAIN

Studies of 214 patients from Wuhan who had SARS-CoV-2 infection demonstrated that 78 patients had neurological manifestations. Among them, the manifestations were more frequent in severe disease than in non-severe disease. The cellular receptor ACE2 is responsible for this. This receptor is also produced in the nervous system, explains Jens Schwamborn. The distribution of ACE2 suggests that SARS-CoV-2 can cause neurological manifestations by direct or indirect mechanisms.

With the help of autopsy results, it became clear that the brains of the deceased patients were hyperemic and edematous, and some neurons were severely altered. Earlier experiments with SARS-CoV-1 in mice had already made it clear that several areas in the human brain showed neuronal losses, adds Jens Schwamborn. To this end, the neurological manifestation was also confirmed for infections with the related coronaviruses SARS-CoV and MERS-CoV. Previous studies proved that SARS-CoV and MERS-CoV have neuroinvasive properties and have been shown to be present in the human brain. For this reason, the theory emerged that SARS-CoV-2 infections attack not only the respiratory system but also the brain, especially during severe disease courses. The virus causes several pathological symptoms there, Schwamborn further informs. The reason for this can be physiological, immunological or virological.

SARS-CoV-2 ALSO ATTACKS OTHER ORGANS

Jens Schwamborn tells us that although the virus attacks cells of the respiratory tract in particular, it has also been detected in the persistent stool of patients. According to this, the intestine is also affected, although the severity is not important. This indicates that the virus is capable of infecting and replicating in certain types of cells and tissues. In medical terms, this is also known as extended tropism. In addition, SARS-CoV-2 infects the kidney or liver and can multiply there. Especially patients with

– High blood pressure,
– heart disease and
– diabetes are particularly affected.

In general, the virus enters the central nervous system via two pathways. Via the blood or neuronal retrograde dissemination.

ORGANOTHERAPEUTICS 3D MINI BRAINS FOR EXAMINATION AND TESTING

Because of the close correlation between the brain models and the human brain, OrganoTherapeutics‘ 3D mini-brains could prove useful for studying SARS-CoV-2 infection and testing small-molecule compounds, as well as for developing new agents against the virus, explains Jens Schwamborn. For this purpose, the original model was further developed, which now comprises 4 steps:

1. generation of brain organoids and SARS-CoV2 infection.
2. analysis of organoids infected with SARS-CoV-2
3. drug repurposing with artificial intelligence
4. testing drug candidates

1. GENERATION OF BRAIN ORGANOIDS AND SARS CoV2 INFECTION.
This step will be performed by OrganoTherapeutics and the Luxembourg Institute of Health (LIH). Here, OrganoTherapeutics can benefit from the strong background in brain organoid generation and analysis. Once the brain organoids are fully developed, they will be infected by LIH with SARS-CoV-2 in BSL3 laboratories. After the infection period is complete, the brain organoids undergo treatment to inactivate the virus. This process is also called fixation. This is necessary to allow hazard-free transport back to the OT, Jens Schwamborn discusses.

2. ANALYSIS OF ORGANOIDS INFECTED WITH SARS-CoV-2
The main focus is on cell death and reduction of neuronal function. This study is done with high-throughput microscopes and powerful computer clusters, Jens Schwamborn reveals. The data can be used to determine which changes in genes triggered the viral infection.

3. DRUG REPURPOSING WITH ARTIFICIAL INTELLIGENCE
This is used to repurpose and transform already known drugs from other diseases using artificial intelligence against the SARS-CoV-2. Instead of screening, an artificial intelligence approach developed by DeepBioInsights is used. This model has been used, for example, to run successful drug searches against Alzheimer’s disease. Screening in the brain organoid model will name a few molecules that can then be tested experimentally to fight coronavirus.

4. TESTING DRUG CANDIDATES
To do this, OT will receive a list of potential compounds from DeepBioInsights. These will then be tested in the brain organoid model. New brain organoid models are developed and sent to LIH again. Here, treatment of the infected models with the named agents begins. The treated models are sent back to the OT where effect analysis of the treatment begins. If suitable compounds are identified, drugs can be developed from them, Jens Schwamborn concludes.

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OrganoTherapeutics (OT) wurde von Jens Schwamborn und Javier Jarazo in Luxemburg gegründet und beschäftigt sich mit der Entwicklung von Medikamenten zur Behandlung von Parkinson. Hierfür modelliert OrganoTherapeutics Hirnorganoiden in vitro, sogenannte „Mini-Brains“. Durch die sich zunehmenden Beweise, dass SARS-CoV2 sich nicht nur auf das Atmungssystem beschränkt, sondern sich auch neurologisch negativ auswirkt, kam OrganoTherpeutics zur Schlussfolgerung, dass die Hirnorganoid-Modelle ein geeignetes Werkzeug für die Entwicklung neuer niedermolekularer Wirkstoffe sein können. Diese Wirkstoffe sollen speziell auf die neurologischen Aspekte einer SARS-CoV 2-Infektion abzielen. Für das Projekt arbeiten OrganoTherapeutics, das Luxembourg Institute of Health (LIH) und DeepBioInsights zusammen, welches von der luxemburgischen Regierung unterstützt wird.

VIRUS GREIFT DAS GEHIRN AN

Untersuchungen an 214 Patienten aus Wuhan, die an der SARS-CoV-2-Infektion erkrankt waren, belegten, dass 78 Patienten neurologische Manifestation aufwiesen. Dabei waren die Manifestationen bei schweren Krankheitsverläufen häufiger als bei nicht schweren. Hierfür verantwortlich ist der zelluläre Rezeptor ACE2. Dieser Rezeptor entsteht auch im Nervensystem, erläutert Jens Schwamborn. Dabei deutet die Verteilung von ACE2 darauf hin, dass SARS-CoV-2 neurologische Manifestationen durch direkte oder indirekte Mechanismen verursachen kann.

Mithilfe von Autopsieergebnissen wurde deutlich, dass die Gehirne der verstorbenen Patienten hyperämisch und ödematös war und einige Neuronen stark verändert. Bereits bei früheren Experimenten mit SARS-CoV-1 bei Mäusen wurde klar, dass mehrere Bereiche im menschlichen Gehirn neuronale Verluste aufwiesen, ergänzt Jens Schwamborn. Dazu bestätigte sich die neurologische Manifestation auch für Infektionen mit den verwandten Coronaviren SARS-CoV und MERS-CoV. Frühere Studien belegten, dass SARS-CoV und MERS-CoV neuroinvasive Eigenschaften besitzen und nachweislich im menschlichen Gehirn vorliegen. Aus diesem Grund entstand die Theorie, dass SARS-CoV-2-Infektionen vor allem bei schweren Krankheitsverläufen nicht nur das Atmungssystem, sondern auch das Gehirn angreifen. Der Virus verursacht dort mehrere pathologische Symptome, informiert Schwamborn weiter. Der Grund hierfür kann physiologischer Natur, immunologischer Natur oder virologischer Natur sein.

SARS-CoV-2 GREIFT AUCH ANDERE ORGANE AN
Von Jens Schwamborn erfahren wir, dass das Virus zwar insbesondere Zellen des Respirationstraktes befällt, daneben aber auch im persistenten Stuhl von Patienten nachgewiesen werden konnte. Demnach wird der Darm ebenfalls befallen, wobei der Schweregrad nicht von Bedeutung ist. Das deutet daraufhin, dass das Virus fähig ist, bestimmte Sorten von Zellen und Gewebe zu infizieren und sich dort zu vermehren. In der Medizin wird dies auch als erweiterter Tropismus bezeichnet. Darüber hinaus infiziert SARS-CoV-2 die Niere oder Leber und kann sich dort vermehren. Vor allem Patienten mit
Bluthochdruck,
Herzerkrankungen und
Diabetes sind davon betroffen.

Allgemein gelangt das Virus über zwei Wege in das zentrale Nervensystem. Über das Blut oder die neuronale retrograde Dissemination.

ORGANOTHERAPEUTICS 3D-MINI-GEHIRNE ZUM UNTERSUCHEN UND TESTEN

Aufgrund der engen Korrelation zwischen den Hirnmodellen und dem menschlichen Gehirn könnten sich die 3D-Mini-Gehirne von OrganoTherapeutics zur Untersuchung der SARS-CoV-2-Infektion und zum Testen niedermolekularer Substanzen sowie zur Entwicklung neuer Wirkstoffe gegen das Virus als hilfreich erweisen, erläutert Jens Schwamborn. Hierfür wurde das ursprüngliche Modell weiterentwickelt, welches nun 4 Arbeitsschritte umfasst:

1. Generierung von Hirnorganoiden und SARS-CoV2-Infektion
2. Analyse der mit SARS-CoV-2 infizierten Organoide
3. Drug Repurposing mit künstlicher Intelligenz
4. Wirkstoffkandidaten testen

1. GENERIERUNG VON HIRNORGANOIDEN UND SARS-CoV2-INFEKTION
Dieser Schritt wird von OrganoTherapeutics und dem Luxembourg Institute of Health (LIH) durchgeführt. Hier kann vom starken Hintergrund der Generierung und Analyse von Hirnorganoiden profitiert werden. Sobald die Hirnorganoiden vollständig entwickelt sind, werden diese vom LIH mit SARS-CoV-2 in BSL3-Laboren infiziert. Nach Abschluss der Infektionsperiode werden die Hirnorganoide einer Behandlung zur Inaktivierung des Virus unterzogen. Dieser Prozess wird auch Fixierung genannt. Dies ist notwendig, damit ein gefahrenfreier Rücktransport zum OT erfolgen kann, erörtert Jens Schwamborn.

2. ANALYSE DER MIT SARS-CoV-2 INFIZIERTEN ORGANOIDE
Dabei stehen vor allem der Zelltod und die Reduzierung der neuronalen Funktion im Vordergrund. Diese Untersuchung erfolgt mit Hochdurchsatz-Mikroskopen und leistungsstarken Computer-Clustern, verrät Jens Schwamborn. Mit den Daten kann bestimmt werden, welche Veränderungen der Gene die Virusinfektion ausgelöst hat.

3. DRUG REPURPOSING MIT KÜNSTLICHER INTELLEIGENZ
Dieser dient zur Umnutzung und Umwandlung bereits bekannter Medikamente von anderen Krankheiten mithilfe von künstlicher Intelligenz gegen das SARS-CoV-2. Anstelle des Screenings wird ein Ansatz der künstlichen Intelligenz verwendet, der von DeepBioInsights entwickelt wurde. Mit diesem Modell konnten beispielsweise erfolgreiche Wirkstoffsuchen gegen Alzheimer betrieben werden. Die Untersuchung im Hirnorganoid-Modell wird einige wenige Moleküle benennen, die dann experimentell zum Kampf gegen das Coronavirus getestet werden können.

4. WIRKSTOFFKANDIDATEN TESTEN
Dafür erhält OT von DeepBioInsights eine Liste von möglichen Wirkstoffen. Diese werden dann im Hirnorganoidmodell getestet. Es werden neue Hirnorganoid-Modelle entwickelt und erneut an das LIH versandt. Hier beginnt eine Behandlung der infizierten Modelle mit den genannten Wirkstoffen. Die behandelten Modelle werden wieder an das OT geschickt, wo die Wirkungsanalyse der Behandlung beginnt. Werden geeignete Verbindungen identifiziert, lassen sich daraus Medikamente entwickeln, so Jens Schwamborn abschließend.

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